DE3823589C2

DE3823589C2 -

Info

Publication number: DE3823589C2
Application number: DE19883823589
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Kubis; Josef Ing.(Grad.) 8540 Rednizhembach De Winter
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1990-05-03
Also published as: DE3823589A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinderbrennkraft maschine gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.The invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine machine according to the preamble of the single claim.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-PS 32 33 578 bekannt. Diese findet für Normaldruckbetrieb Anwendung und zeichnet sich durch Kompaktheit und geringem Bauraum aus.Such an internal combustion engine is from DE-PS 32 33 578 known. This is used for normal pressure operation and is characterized by compactness and small installation space.

Aus DE-OS 23 49 173 ist es ferner bekannt, die Zylinderlauf büchse und den Zylinderkopf zu einer Einheit zusammenzufassen, so daß eine Dichtung zwischen beiden Teilen entfallen kann. Diese Dichtung ist hohen Wechselbelastungen ausgesetzt und gibt insbesondere bei aufgeladenen Motoren mit hohen Ver brennungsdrücken Anlaß zu Störungen. Durch den Wegfall dieser unter hoher Vorspannung der Zylinderkopfschrauben stehenden Dichtung wird auch die Gefahr der Verformung der Zylinderlauf büchse im Bereich der Zylinderkopfdichtung vermieden. Da die Auflagefläche des Zylinderkopfes auf dem Kurbelgehäuse in einer Ebene oberhalb des Zylinderkopfes liegt, ergibt sich eine sehr komplizierte Form des Zylinderkopfes, um einer seits ausreichenden Raum für Kühlkanäle zu erhalten und andererseits den Anforderungen an Festigkeit gerecht zu werden. Ein wesentlicher Nachteil ist auch darin zu sehen, daß das Kurbelgehäuse gegenüber einer Ausführung mit Einzel zylinderköpfen verändert werden muß, was einer Normierung von Motorbaureihen entgegensteht. From DE-OS 23 49 173 it is also known the cylinder barrel sleeve and combine the cylinder head into one unit, so that a seal between the two parts can be omitted. This seal is exposed to high alternating loads and are especially for supercharged engines with high Ver Burn pressures cause malfunctions. By eliminating this under high pre-tension of the cylinder head bolts Gasket also increases the risk of deformation of the cylinder barrel bush in the area of the cylinder head gasket avoided. Since the Contact area of the cylinder head on the crankcase in lies on a plane above the cylinder head a very complicated shape of the cylinder head to one to maintain sufficient space for cooling ducts and on the other hand to meet the requirements for strength will. Another major disadvantage is that that the crankcase compared to a single version cylinder heads must be changed, which is a standardization of engine series.

Die DE-PS 19 36 022 zeigt ebenfalls eine bauliche Einheit von Zylinderlaufbüchse und Zylinderkopf. Die Auflagefläche des Zylinderkopfes auf dem Kurbelgehäuse ist wiederum in der Ebene oberhalb des Zylinderkopfbodens angeordnet mit den Nachteilen, wie sie schon unter DE-OS 23 49 173 ge schildert wurden.DE-PS 19 36 022 also shows a structural unit of cylinder liner and cylinder head. The contact surface of the cylinder head on the crankcase is in turn the level above the cylinder head base arranged with the disadvantages, as ge under DE-OS 23 49 173 were described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zy linderlaufbüchse mit einem Einzelzylinderkopf so zu einer Einheit zu verbinden, daß diese Einheit auf ein vorhandenes Kurbelgehäuse aufgesetzt werden kann, ohne dieses in bezug auf eine Führung von Kühlmittel- und Ölführung verändern zu müssen.The invention has for its object a Zy cylinder liner with a single cylinder head Unit to connect that unit to an existing one Crankcase can be placed without this in relation change to a guidance of coolant and oil guidance to have to.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brennkraft maschine durch die im Kennzeichen des einzigen Patentan spruches enthaltenen Merkmale gelöst. This task is with a generic internal combustion machine by the in the hallmark of the only patent Features included resolved.

Bekannt ist ferner, den Einzelzylinderkopf mit der Zylinderlaufbüchse zu integrieren (vergleiche z. B. DE-PS 20 37 315). Hierbei ist aber eine spezielle Kurbelgehäuse- sowie spezielle Zylinderkopf-Konstruktion, bedingt durch die dort vorliegenden Kühlflüssigkeitsführungen, erforderlich. Zu diesem Zweck ist das Kurbelgehäuse über den Zylinderkopf- Boden hochgezogen und die Abstützung (Auflage) der Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit auf dem Kurbelgehäuse liegt somit über der Ebene des Zylinderkopf- Bodens. Im Bereich des Zylinderkopf-Bodens liegt das Zylinderrohr bedingt durch die Kühlwasserumströmung ganz oder teilweise frei und wird also somit umfangsseitig nicht durch das Kurbelgehäuse gestützt. Hierdurch ergeben sich zwangsläufig größere Zylinderabstände. Zudem ist mit einem erhöhten Atmen im Bereich des Zylinderrohres (Biegemomente) nahe des oberen Totpunktes sowie des Zylinderkopfbodens, der einer größeren Verwölbung unterliegt, zu rechnen. Ebenfalls können Dauerbrüche, undichte Ventilsitze und Kavitation auftreten. Dies gilt insbesonders bei Hochdruckbetrieb, also bei hohen Brennraum- und Zylinderdrücken. Ferner muß die notwendige Steifigkeit durch größere Zylinderwandstärken im zylinderkopfnahen, oberen Bereich sichergestellt werden, was jedoch ebenfalls größere Zylinderabstände bzw. eine weniger kompakte Bauart zur Folge hat. Auch wird durch die hoch über den Zylinderkopfboden angeordnete Auflagefläche der Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf- Einheit die Gestaltung der Ein- und Auslaßkanäle, die auf diese spezielle Bauart abgestimmt sein müssen, erschwert.It is also known the single cylinder head with the Integrate cylinder liner (compare e.g. DE-PS 20 37 315). But here is a special crankcase as well as special cylinder head construction, due to the Coolant guides present there are required. For this purpose, the crankcase is over the cylinder head Floor raised and the support (support) of the Cylinder liner / cylinder head unit on the The crankcase is therefore above the level of the cylinder head Floor. In the area of the cylinder head base, the cylinder tube is conditional completely or partially free due to the cooling water flow and thus becomes not supported on the circumference by the crankcase. This results in inevitably larger cylinder distances. It is also associated with increased breathing in the area of the cylinder tube (bending moments) near top dead center as well the cylinder head base, which is subject to greater warping, to count. Endurance breaks, leaks can also occur Valve seats and cavitation occur. This is especially true with high pressure operation, i.e. with high combustion chamber and Cylinder press. Furthermore, the necessary stiffness must go through greater cylinder wall thicknesses in the upper, near the cylinder head Area to be ensured, but this is also larger Cylinder distances or a less compact design result Has. Also, the high above the cylinder head floor arranged contact surface of the cylinder liner / cylinder head Unity the design of the inlet and outlet ducts on this special design must be coordinated, difficult.

Alle diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Durch die Abstützung (Auflage) der Zylinderlaufbüchse/ Zylinderkopf-Einheiten auf dem Kurbelgehäuse in der Ebene des Zylinderkopf-Bodens sowie das Nichtfreiliegen der Zylinderrohre in diesem Bereich (die Zylinderrohre werden durch das Kurbelgehäuse sowie die zwischen den Zylinderrohren vorliegenden Stege umfangsseitig abgestützt) können keine unzulässigen Biegemomente auftreten. D. h. es ergibt sich eine optimale Rundheit (Form) der Kolbenlaufbahn im Zylinder sowie eine größtmögliche Sicherheit gegen Kavitation. Zugleich werden die bisherigen Formen des Kurbelgehäuses und des Zylinderkopfes der konventionellen Brennkraftmaschinen- Ausführung für Normaldruckbetrieb aufrechterhalten, so daß einerseits für Hochdruckbetrieb die integrierte Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit und andererseits für Normaldruckbetrieb auch nach wie vor Einzelzylinderköpfe, welche vom Zylinderteil getrennt sind, angebaut werden können.All of these disadvantages are avoided by the invention. Through the support (support) of the cylinder liner / Cylinder head units on the crankcase in the plane of the cylinder head base and the non-exposure of the Cylinder tubes in this area (the cylinder tubes will through the crankcase as well as between the Cylinder tubes present webs supported circumferentially) no impermissible bending moments can occur. I.e. it results optimal roundness (shape) of the piston raceway in the cylinder as well as the greatest possible security against cavitation. At the same time the previous forms of the crankcase and Cylinder head of the conventional internal combustion engine Maintain normal pressure operation so that on the one hand, the integrated for high pressure operation Cylinder liner / cylinder head unit and on the other hand for normal pressure operation also single cylinder heads, which are separated from the cylinder part can.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels entnommen werden. Es zeigt:Further details of the invention can be found in the following Description of one shown in the drawings Embodiment are taken. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Kurbelgehäuses mit den entsprechenden Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheiten, Fig. 1 shows a longitudinal section through a part of the crankcase with the corresponding cylinder liner / cylinder head assemblies,

Fig. 2 einen Schnitt ebenfalls durch einen Teil des Kurbelgehäuses im Bereich der Schraubverbindung zwischen Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit und Kurbelgehäuse sowie im Bereich der Kühlmittelführung Kurbelgehäuse-Zylinderkopf gemäß der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 2 shows a section also by a part of the crankcase in the area of the screwed connection between the cylinder liner / cylinder head unit and the crankcase as well as in the coolant guide crankcase cylinder head according to the line II-II in FIG. 1.

In den Figuren sind mit 1 das Kurbelgehäuse und mit 2 die integrierten Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheiten bezeichnet. Letztere bestehen aus dem Zylinderkopfteil 2.1 und dem daran angegossenen Laufbüchsenteil 2.2. Das Laufbüchsenteil 2.2 wird in Aufnahmebohrungen 1.2 und 1.3 des Kurbelgehäuses 1 eingesetzt. Die Zylinderlaufbüchsen 2.2 weisen jeweils einen sie umgebenden Kühlwasserraum 1.8 auf, welcher zylinderkopfseitig und kurbelwellenseitig abgedichtet ist. Dies wird einerseits dadurch erreicht, daß im oberen Laufbüchsenteil 2.2 (im Bereich der Kurbelgehäusebohrung 1.2) eine oder mehrere Nuten zur Aufnahme von O-Ringen eingestochen sind. Ebenfalls sind im Bereich des unteren Einpasses 1.3 Nuten in der Kurbelgehäuse-Schottwand 1.10 eingestochen, in der ebenfalls O-Ringe untergebracht sind. Die zur Unterbringung der O-Ringe erforderliche größere Breite der Schottwand 1.10 wird durch die dargestellte Durchmesserver ringerung des Laufbüchsenteiles 2.2 im Bereich A (Fig. 1) erreicht.In the figures, 1 denotes the crankcase and 2 the integrated cylinder liner / cylinder head units. The latter consist of the cylinder head part 2.1 and the liner part 2.2 cast thereon. The liner part 2.2 is inserted into receiving bores 1.2 and 1.3 of the crankcase 1 . The cylinder liners 2.2 each have a cooling water chamber 1.8 surrounding them, which is sealed on the cylinder head side and on the crankshaft side. This is achieved, on the one hand, by inserting one or more grooves in the upper liner part 2.2 (in the area of the crankcase bore 1.2 ) to accommodate O-rings. Also in the area of the lower fitting 1.3 grooves are inserted in the crankcase bulkhead 1.10 , in which O-rings are also housed. The larger width of the bulkhead 1.10 required to accommodate the O-rings is achieved by the illustrated reduction in diameter of the liner part 2.2 in area A ( FIG. 1).

Der obere Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen (Öffnungen für die Laufbüchsen 2.2) ist zwischen den einzelnen Laufbüchsen 2.2 (genauer gesagt zwischen den oberen Aufnahmebohrungen 1.2) als den jeweiligen Kühlwasserraum 1.8 überbrückender Steg 1.4 ausgebildet. Dieser wird in dem aus Fig. 2 ersichtlichen Bereich B von der umlaufenden Wasser mantelwand 1.7 des Kurbelgehäuses 1 nicht gestützt. Der jeweilige Steg 1.4 stellt somit nur die Abdichtung der Kühlwasserräume nach oben mit Hilfe der O-Ringe sicher und gewährleistet den engen Zylinderabstand.The upper area of the crankcase-side cylinder openings (openings for the liners 2.2 ) is formed between the individual liners 2.2 (more precisely between the upper receiving bores 1.2 ) as a web 1.4 bridging the respective cooling water chamber 1.8 . This is not supported in the region B shown in FIG. 2 by the surrounding water jacket wall 1.7 of the crankcase 1 . The respective web 1.4 thus only seals the cooling water spaces upwards with the help of the O-rings and ensures the narrow cylinder spacing.

Die Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit 2 weist in der Ebene des Zylinderkopfbodens 2.3 einen Auflagebund (Auflagefläche 2.4) auf. Mit dieser liegt sie auf der Auflagefläche 1.1 des Kurbelgehäuses 1 auf. Zwischen Kurbelgehäuse 1 und Zylinderkopfteil 2.1 befindet sich eine Dichtung 3, die die Aufgabe hat, die Öl- und Kühlmittelpassagen 5 zwischen Kurbelgehäuse 1 und Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit 2 abzudichten und gleichzeitig die Auflageflächen 1.1 und 2.4 des Kurbelgehäuses 1 und der Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf- Einheit 2 vor äußeren korrosiven Angriffen zu schützen. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen auf Durchbrüche innerhalb der Auflagefläche verzichtet wird, befinden sich somit die Öl- und Kühlmittelpassagen 5 innerhalb der Auflageflächen 1.1 und 2.4.The cylinder liner / cylinder head unit 2 has a support collar (support surface 2.4 ) in the plane of the cylinder head base 2.3 . With this, it rests on the contact surface 1.1 of the crankcase 1 . Between the crankcase 1 and the cylinder head part 2.1 there is a seal 3 , which has the task of sealing the oil and coolant passages 5 between the crankcase 1 and the cylinder liner / cylinder head unit 2 and at the same time the bearing surfaces 1.1 and 2.4 of the crankcase 1 and the cylinder liner / cylinder head Protect unit 2 from external corrosive attacks. In contrast to known solutions, in which breakthroughs are dispensed with within the support surface, the oil and coolant passages 5 are thus within the support surfaces 1.1 and 2.4 .

Die Dichtung 3 ist so gestaltet, daß in dem nicht unterstützten Bereich B des Steges 1.4 im Kurbelgehäuse 1 keine oder keine nennenswerten Druckkräfte übertragen werden. The seal 3 is designed in such a way that in the unsupported area B of the web 1.4 in the crankcase 1, no or no significant pressure forces are transmitted.

Das Kurbelgehäuse 1 ist etwa bis zur Höhe der Kolbenoberseite bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt hochgezogen und verfügt somit in der Hauptbelastungsrichtung über ein großes Widerstandsmoment. Durch die Auflage der Zylinderlaufbüchse/ Zylinderkopf-Einheit 2 auf dem Kurbelgehäuse 1 in der Ebene des Zylinderkopf-Bodens 2.3 einerseits sowie die homogene Verbindung von Zylinderkopfteil 2.1 und Laufbüchsenteil 2.2 andererseits, erhält die Laufbüchse 2.2 besonders im oberen, den höchsten Verbrennungsdrücken ausgesetzten Teil die er wünschte Formsteifigkeit und Rundheit als wichtige Voraussetzung für gute Abdichtgüte der Kolbenringe und einwandfreies Kolbenlaufbild. Weiter wird dadurch die Gefahr von Mikrobewegungen des Laufbüchsenteiles 2.2 unterdrückt und die Kavitationssicherheit erhöht.The crankcase 1 is pulled up to about the height of the piston top when the piston is in top dead center and thus has a large section modulus in the main loading direction. Due to the support of the cylinder liner / cylinder head unit 2 on the crankcase 1 in the plane of the cylinder head base 2.3, on the one hand, and the homogeneous connection of the cylinder head part 2.1 and the liner part 2.2, on the other hand, the liner 2.2 receives the he especially in the upper part exposed to the highest combustion pressures Desired rigidity and roundness as an important prerequisite for good sealing quality of the piston rings and perfect piston running pattern. Furthermore, the risk of micro-movements of the liner part 2.2 is suppressed and the security against cavitation is increased.

Die Zylinderlaufbüchse/Zylinderkopf-Einheit wird mit Schrauben 4 auf dem Kurbelgehäuse 1 aufgeschraubt. Durch die erfindungs gemäße Ausbildung wird erreicht, daß die auf das Zylinderkopf teil 2.1 wirkenden Zündkräfte nicht durch die Laufbüchse 2.2 hindurch sondern über die Schrauben 4 in das umgebende Kurbelgehäuse 1 und durch dieses hindurch in den Lagerstuhl geleitet werden.The cylinder liner / cylinder head unit is screwed onto the crankcase 1 using screws 4 . By the fiction, contemporary training ensures that the ignition forces acting on the cylinder head part 2.1 are not passed through the liner 2.2 through but via the screws 4 in the surrounding crankcase 1 and through this into the bearing block.

Abschließend sei erwähnt, daß anstelle der jeweiligen Stege 1.4 die Kühlwasserräume 1.8 mit Hilfe eines über alle Zylinder führenden einteiligen Zwischenstückes abgedeckt sein können, welches aus einem Werkstoff hoher Festigkeit besteht und dementsprechend abgedichtet sein muß. Hierdurch könnte der Kühlwassermantel um das Laufbüchsenteil 2.2 nach oben verlängert werden, so daß das Laufbüchsenteil 2.2 im thermisch besonders hochbelasteten Teil besser gekühlt und das Kurbelgehäuse 1 durch Entfall der Stege 1.4 vereinfacht wird.Finally, it should be mentioned that, instead of the respective webs 1.4, the cooling water spaces 1.8 can be covered with the aid of a one-piece intermediate piece leading over all cylinders, which consists of a material of high strength and must be sealed accordingly. As a result, the cooling water jacket could be extended upwards by the liner part 2.2 , so that the liner part 2.2 is better cooled in the part which is particularly highly thermally loaded and the crankcase 1 is simplified by eliminating the webs 1.4 .

Claims

Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit nassen Zylinderlaufbüchsen und Einzelzylinderköpfen, wobei die Zylinderlaufbüchsen jeweils einen sie umgebenden Kühlwasserraum aufweisen, welcher zylinder kopfseitig und kurbelwellenseitig abgedichtet ist, und zum je weiligen Zylinderkopf hin mit Hilfe eines im oberen Bereich der kurbelgehäuseseitigen Zylinderöffnungen für die Laufbüchsen vor gesehenen, den Kühlwasserraum überbrückenden Steges voneinander getrennt sind und wobei Kurbelgehäuse und Zylinderköpfe ver schraubt sind und zwischen den einzelnen Zylinderköpfen und dem Kurbelgehäuse Öl- und Kühlwasserverbindungen vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinderlaufbüchsen (2.2) und Zylinder köpfe (2.1) auf dem Kurbelgehäuse (1), der Zylinderkopf (2.1) in der Ebene des Zylinderkopfbodens (2.3) mit einer Auflage fläche (2.4) versehen ist, die einer entsprechenden Auflage fläche (1.1) des Kurbelgehäuses (1) gegenüberliegt, und daß sich zwischen den Auflageflächen (1.1, 2.4) eine nur der Abdichtung der Öl- und Kühlwasserverbindungen (5), dienende Dichtung (3) befindet.Multi-cylinder internal combustion engine with wet cylinder liners and single cylinder heads, the cylinder liners each having a cooling water chamber surrounding them, which is sealed on the cylinder head side and crankshaft side, and to the respective cylinder head with the aid of a cooling water space in the upper area of the crankcase-side cylinder openings for the cylinder liners, seen above the cooling water space are separated from each other and wherein the crankcase and cylinder heads are screwed ver and there are oil and cooling water connections between the individual cylinder heads and the crankcase, characterized in that the individual cylinder liners ( 2.2 ) and cylinder heads ( 2.1 ) on the crankcase ( 1 ), the cylinder head ( 2.1 ) in the plane of the cylinder head base ( 2.3 ) is provided with a support surface ( 2.4 ) which is opposite a corresponding support surface ( 1.1 ) of the crankcase ( 1 ), and that between On the support surfaces ( 1.1 , 2.4 ) there is only a seal ( 3 ) used to seal the oil and cooling water connections ( 5 ).